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内容概要:本文围绕基于MATLAB GUI的光纤传感实时解调系统设计展开,针对光纤传感器难以实现实时解调的问题,提出并实现了两种光纤传感器的实时解调系统。首先介绍了光纤电流传感器和光纤SPR温度传感器的研究现状,分析了其制作方法和传感性能。然后详细描述了实时解调界面的设计过程,包括数据采集、实时调用、光谱比较和拟合、寻峰算法等步骤。通过实验验证了所设计的实时解调界面的实用性,证明了其在实际应用中的可行性。 适合人群:具备一定编程基础,从事光纤传感、信号处理及MATLAB开发的专业技术人员。 使用场景及目标:①实现实时监测光纤传感器数据,提高数据处理效率;②通过设计的实时解调系统,实现对交直流电流和温度的高精度测量;③为光纤传感器在实际应用场景中的推广提供技术支持。 阅读建议:本文不仅介绍了实时解调系统的开发过程,还详细描述了实验验证过程和结果,建议读者在学习过程中结合实验数据和代码实现进行实践,并关注传感器性能优化方面的内容。
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分类号 学号 M201972376
学校代码
1 0 4 8 7
密级
硕 士 学 位 论 文
(学术型 专业型)
基于 MATLAB GUI 的光纤传感
实时解调系统设计
学位申请人
:
周明辉
学 科 专 业
:
软件工程
指 导 教 师
:
夏 历 教授
答 辩 日 期
:
2022 年 1 月 10 日
万方数据

A Dissertation Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements
for the Professional Master Degree
Design of Real-time Demodulation System for Optical
Fiber Sensing Based on MATLAB GUI
Candidate : ZHOU Minghui
Major : Software Engineering
Supervisor : Prof. XIA Li
Huazhong University of Science and Technology
Wuhan 430074, P. R. China
January, 2022
万方数据

独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究
成果。尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体
已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中以
明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名:
日期:2022 年 1 月 14 日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保
留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本
人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,
可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
保 密□,在 年解密后适用本授权书。
不保密
。
(请在以上方框内打“√”)
学位论文作者签名: 指导教师签名:
日期:
2022
年
1
月
14
日 日期:
2022
年
1
月
14
日
本论文属于
万方数据

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文
I
摘 要
随着人工智能和网络的迅速发展,光纤传感器迎来了飞速发展的时期。基于波长
解调的光纤传感器具有成本低廉、结构简单等优点,然而目前实验室中所用的解调仪
和微型光谱仪在进行光纤传感时往往需要将数据离线导出到计算机中进行处理,难以
实现光谱数据的实时解调。基于上述问题,本论文基于 MATLAB 软件,设计程序对采
集到的光谱数据进行实时调用,通过 GUI 构建实时解调界面,实现光纤传感器的实时
解调。本论文的主要研究内容可归纳为以下三点:
(
1
)主要介绍实时解调系统的软件设计过程。针对当前实验室中所使用的光谱仪
或解调仪难以实现实时监测的缺点,搭建基于 MATLAB 软件的实时解调界面。首先实
现数据的实时采集与调用,再根据图形用户界面(GUI)实现光谱数据的实时显示与监
测。最后根据所监测的传感器不同来设计实时解调系统,实现光纤传感器的实时解调。
(2)基于交直流同时测量的光纤传感器设计实时解调系统。针对当前实验室所用
光栅解调仪只能实现简单的温度、应力解调的问题,通过串口将光栅解调仪中的数据
实时导入计算机中,利用 MATLAB 进行数据处理从而实现复杂的光栅解调。设计了一
个将光纤布拉格光栅(FBG)与超磁致伸缩材料(GMMs)结合的电流传感器,以实
现交流和直流的同时测量。分析该光纤传感器能实现交直流电同时测量的原理,随后
在实验中验证该传感器具有同时测量交直流电的能力。最后通过将数据通过串口导入
计算机中实现对光谱数据的实时解调,实现交流电和直流电实时监测。
(
3
)基于光纤
SPR
温度传感器设计实时解调系统。针对微型光谱仪
USB4000
的配套软件 SpectraSuite 无法实现对光纤传感器实时解调的问题,将光谱数据不断保
存至文件夹中,通过 strcat 函数读取数据,并设计实时解调界面。分析了光谱数据
拟合前后对传感器性能的影响。该传感器利用折射率
-
温度转换介质聚二甲基硅氧烷
(Polydimethylsiloxane, PDMS)
涂覆于光纤
SPR
传感器上以实现温度传感。最后通过
MATLAB GUI 设计实时解调界面,并将该界面应用到温度的实时监测中。
关键词:光纤传感;实时解调;软件设计;交直流同时测量;光纤
SPR
温度传感器
万方数据

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文
II
Abstract
With the rapid development of artificial intelligence and networks, fiber optic sensors
have ushered in a period of rapid development. Wavelength demodulation-based fiber optic
sensors have the advantages of low cost and simple structure, However, demodulators and
micro-spectrometers currently used in laboratories for fiber optic sensing often need to
export data offline to a computer for processing, which makes it difficult to realize real-time
demodulation of spectral data. Based on the above problems, this paper designs a program
based on MATLAB software to call the collected spectral data in real time and constructs a
real-time demodulation interface through GUI to realize the real-time demodulation of fiber
optic sensors. The main research contents of this thesis can be summarized as the following
three points.
(1) The software design process of the real-time demodulation system is introduced.
The real-time demodulation interface based on MATLAB software is built to address the
shortcomings of the spectrometer or demodulator currently used in the laboratory, which is
difficult to achieve real-time monitoring. Firstly, the real-time data acquisition and recall are
realized, and then the real-time display and monitoring of spectral data are realized
according to the graphical user interface (GUI). Finally, the real-time demodulation system is
designed according to the different sensors monitored to realize the real-time demodulation
of fiber optic sensors.
(2) Design a real-time demodulation system based on the fiber optic sensor with
simultaneous AC/DC measurements. To address the problem that the grating demodulator
currently used in the laboratory can only achieve simple temperature and stress
demodulation, through the serial port grating demodulator data into the computer in real time,
the use of MATLAB data processing to achieve complex grating demodulation. A current
sensor combining fiber Bragg grating (FBG) and giant magnetostrictive materials (GMMs)
is designed to achieve simultaneous AC and DC measurements. The principle that this fiber
optic sensor can achieve simultaneous AC and DC measurements is analyzed, and then the
ability of the sensor to measure AC and DC simultaneously is verified in experiments.
Finally, real-time demodulation of the spectral data is achieved by importing the data into the
万方数据
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